Antony Evans se sídlem v San Francisku přišel s radikálním nápadem, jak omezit spotřebu energie: „Co když použijeme stromy k osvětlení našich ulic místo elektrických pouličních lamp?“
Evans a jeho kolegové, biologové Omri Amirav-Drory a Kyle Taylor, chtějí vytvořit rostliny, které doslova září. Evans byl inspirován transgenními organismy, rostlinami nebo zvířaty s geny jiných druhů ve své vlastní DNA, které byly použity k naplnění mnoha lidských potřeb. Gen z bakterií Bacillus thuringiensis se běžně zavádí do kukuřice a bavlny, například proto, aby byly plodiny odolné vůči hmyzu. V jedné metodě zvané „pharming“ vědci vložili lidské rostliny do rostlin a zvířat, aby tito hostitelé mohli produkovat proteiny pro léčiva. Jiní přidali gen z krystalové želé zodpovědný za vytvoření zeleného fluorescenčního proteinu zvířatům, jako jsou kočky a prasata; Tímto způsobem mohou zjistit, zda byla choroba přenesena z jedné generace na druhou, a to jen tím, že uvidí, zda potomek svítí ve tmě.
Letos na jaře zveřejnil tým Evans 'video pro Kickstarter, vysvětlující, jak plánují vložit geny z bioluminiscenčních bakterií do druhu flóry jako první krok k vytvoření zářících stromů. Aby se živily představivosti diváků, video obsahovalo obraz Pandory, světelného prostředí z poloviny 22. století z filmu Avatar . V neuvěřitelně úspěšné 46denní kampani skupina získala téměř 500 000 dolarů na financování úsilí. Mluvil jsem s Evansem o jeho projektu.
Vědci geneticky upravili první rostlinu ve tmě v 80. letech, do ní byla vložena tabáková rostlina s genem světlušky. Jaký byl historický účel?
Myslím, že poprvé to byl jen demonstrační projekt. Vědci to však od té doby používají ke studiu věcí, jako je růst kořenů. Opravdu ji používají pro základní výzkumné účely.
Tradičně to, co udělali, je vložení genu pro luciferázu (enzym z luminiscenčního organismu) spolu s promotorem [oblast na začátku genu, která říká buňce, aby zahájila transkripci, první krok k produkci proteinu] a poté ručně přidejte luciferin (chemická látka, která při oxidaci vytváří světlo). Měli dokonce tyto zářící rostliny na Mezinárodní vesmírné stanici, takže je to docela dobře zavedená technika.
Pro svůj projekt zářící rostliny jste se rozhodli použít kvetoucí druh zvaný Arabidopsis thaliana . Proč tato rostlina?
Tuto rostlinu jsme vybrali, protože ji akademická komunita velmi dobře prostudovala. Je to ovocná moucha rostlinné biologie. Důvod, proč byl tolik studován, je ten, že má nejkratší genom z každé [kvetoucí] rostliny.
Jaký gen přidáváte k vytvoření záře?
Používáme geny od Vibrio fischeri . Jsou to mořské bakterie.
Jak se to dělá? Dokážete mě projít procesem vytváření zářící rostliny?
Začneme softwarem Genome Compiler. Genome Compiler nám umožňuje hledat genové sekvence a poté je modifikovat v pěkném grafickém uživatelském rozhraní. Pomocí tohoto softwaru vyhledáme geny Vibrio fischeri a poté uděláme něco, co se nazývá kód a optimalizace, které v zásadě upravuje sekvence tak, aby [fungovaly] v rostlinách místo v bakteriích. Potom syntetizujeme DNA. K dispozici je tlačítko „tisknout“ a tuto DNA „tiskneme“. Tím se soubor odešle společnosti, která pro nás vytvoří DNA. FedEx to zpět k nám a pak uděláme dvě věci.
Nejprve vložíme DNA do některých bakterií zvaných agrobacterium. Tato bakterie je velmi chytrá, vymyslela si, jak udělat genetické inženýrství sama. [Bakterie] vkládá DNA do ženských gamet rostlin. Můžeme pěstovat semena, která pocházejí z těchto květů, a budeme mít DNA, kterou jsme navrhli na počítači v rostlině. Druhou věcí, kterou děláme, je použití genové zbraně, což je část zařízení, které vypaluje DNA vysokou rychlostí do buněk rostliny. Některé z těchto buněk absorbují DNA a začnou ji exprimovat.
Ukončujete práci v BioCurious, komunitní bio laboratoři v Sunnyville v Kalifornii v Silicon Valley. Ale jak je to DIY? Je to něco, co zvládne drotár v garáži?
V rámci kampaně Kickstarter máme sadu, kterou můžete použít k výrobě jedné z těchto rostlin. Těžká část je navrhování sekvencí, ale jakmile je někdo vymyslí, můžete sledovat recept.
Všichni řekli, měli jste 8 433 záložek Kickstarterů za zálohy 484 013 $. Překvapila vás tato reakce?
Zaměřovali jsme 65 000 dolarů, takže je skvělé, že jsme toho dostali tolik. S Kickstarterem to nikdy nevíte. Věděli jsme, že máme něco zajímavého, protože o tom chtěli všichni mluvit. Ale nevěděli jsme, že to bude tak velké.
Jak realistické je myslet si, že jednoho dne bychom mohli namísto pouličních pouličních lamp vyložit ulice lemující záře stromů?
Myslíme si, že by to mělo být životaschopné, ale rozhodně je to dlouhodobý cíl. Velkou výzvou u stromů je to, že růst stromů trvá dlouho. Experimentování na stromech a testování různých promotorů bude trvat dlouho. Abychom vyšli, potřebujeme jednu z mála různých technologií. Jedna z nich by byla lepší simulační technologií, abychom mohli simulovat genové sekvence v počítači. Dva by byla bio tiskárna nebo něco podobného, takže bychom mohli vytisknout list a realisticky testovat sekvence na listu [místo toho, abychom museli čekat na růst celého stromu]. Nebo, třetí, byl by nějaký způsob, jak udělat genovou terapii na stromech a upravit je in situ a použít ji ke změně jejich DNA. Než budeme moci opravdu vzít velké stromy, potřebujeme v jednom z nich provést určité změny.
V předběžných výpočtech zjistíte, že zářící strom, který pokrývá asi 1 000 čtverečních stop, by vrhl tolik světla jako pouliční osvětlení.
Bude to velmi odlišný druh světelného efektu. Pokud přemýšlíte o tom, jak den svítí, světlo přichází z celé oblohy; nejde jen o bod, zatímco žárovky pocházejí z bodu. Naše osvětlení bude mnohem rozptýlenější a myslíme si, že mnohem krásnější.
Na co se teď zaměřujete?
Zaměřujeme se na provádění věcí, které jsme slíbili našim podporovatelům Kickstarteru. Děláme práci, připravujeme laboratoř, objednáme DNA a začneme transformovat rostliny [ Arabidopsis ].
Vy a vaši kolegové jste slíbili, že pošlete každého podporovatele určité úrovně darování, zářící rostlinu. Co mohou lidé očekávat? Jak silné bude světlo a jak dlouho vydrží?
Světlo bude svítit v noci, dokud bude rostlina naživu, ale nebude to super jasné. Naším cílem je něco jako záře v temné barvě. Musíte být v temné místnosti, a pak můžete vidět, jak matně zářící. Odtud budeme pracovat na optimalizaci a zvýšení světelného výkonu.
Ve videu kampaně říkáte: „zářící rostlina je symbolem budoucnosti.“ Jak vypadá tato budoucnost?
Budoucnost, o níž mluvíme, je budoucnost syntetické biologie. Myslíme si, že tento druh technologie se bude demokratizovat; bude přístupný mnoha lidem. Chtěl bych vidět budoucnost, kdy teenageři a amatéři jsou geneticky inženýrsky doma nebo v biologických laboratořích pro kutily. Chceme tuto budoucnost reprezentovat, říci lidem, že to přichází, a zahájit diskusi o této technologii - co to znamená a co to pro nás znamená.
Tato technologie se rychle přijímá. Bude to velmi transformační, a já si myslím, že je čas, aby si o tom lidé a jejich potenciál uvědomili zájem. Budou v tom nějaké fantastické příležitosti, takže pokud se lidé podívají na projekt a řeknou si „Rád bych to udělal, “ myslím, že odpověď zní „Můžete.“ Jděte do místní laboratoře pro kutily a začněte hrát si, začít se učit.
Existují další transgenní organismy, které považujete za slibné?
Existuje spousta lidí pracujících na věcech, tunách a tunách a tunách. Pokud se podíváte na projekty nadace iGEM [International Genetically Engineered Machine] Foundation, můžete vidět některé z rozsahu a rozmanitosti věcí, které se již dělají. Pavoučí hedvábí je v pohodě. Myslím, že kluci pracující na nových verzích masa jsou v pohodě. V bio laboratoři dole v South Bay [San Francisco], BioCurious, se dějí nějaké zajímavé věci s řasami. Inženýrské řasy, abychom je mohli použít pro výrobu energie - myslím, že je na tom ještě hodně práce, ale je to velmi nadějné.
Existují nějaké projekty, které vás znepokojují?
Prozatím ne. Ale myslím, že se nakonec objeví nějaké děsivé věci.
Někteří lidé vyjádřili obavy s distribucí žhavých rostlin a vypouštěním syntetických rostlin do přírody. Co musíte říct těm, kteří se toho bojí?
Lidé jsou geneticky inženýrskými rostlinami již mnoho desetiletí. Jdeme po stopách všech ostatních rostlin, které již byly vypuštěny v posledních 20 letech. Nemyslíme si, že děláme něco radikálně jiného. Na tomto projektu se liší to, jak byl financován a že práce probíhá spíše v biologické laboratoři pro kutily než v profesionální výzkumné instituci.
